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    <title>计算机网络——浅析TCP粘包，拆包发生的原因以及解决方式 | 博客主页 | 世界是个球，前方总有路！</title>
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        <h1 class="title">计算机网络——浅析TCP粘包，拆包发生的原因以及解决方式</h1>
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                <time datetime="2020-03-25T17:54:08.000Z" itemprop="datePublished" class="page-time">
  2020-03-26
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	<ul class="article-category-list"><li class="article-category-list-item"><a class="article-category-list-link" href="/blog/categories/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/">计算机网络</a></li></ul>

            
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        <nav class="post-toc-wrap post-toc-shrink" id="post-toc">
            <h4>TOC</h4>
            <ol class="post-toc"><li class="post-toc-item post-toc-level-2"><a class="post-toc-link" href="#一、前言"><span class="post-toc-number">1.</span> <span class="post-toc-text">一、前言</span></a></li><li class="post-toc-item post-toc-level-2"><a class="post-toc-link" href="#二、正文"><span class="post-toc-number">2.</span> <span class="post-toc-text">二、正文</span></a><ol class="post-toc-child"><li class="post-toc-item post-toc-level-3"><a class="post-toc-link" href="#emsp-2-1-什么是粘包、拆包"><span class="post-toc-number">2.1.</span> <span class="post-toc-text">&amp;emsp; 2.1 什么是粘包、拆包</span></a></li><li class="post-toc-item post-toc-level-3"><a class="post-toc-link" href="#emsp-2-2-粘包发生的原因"><span class="post-toc-number">2.2.</span> <span class="post-toc-text">&amp;emsp; 2.2 粘包发生的原因</span></a></li><li class="post-toc-item post-toc-level-3"><a class="post-toc-link" href="#emsp-2-3-拆包现象发生的原因"><span class="post-toc-number">2.3.</span> <span class="post-toc-text">&amp;emsp; 2.3 拆包现象发生的原因</span></a></li><li class="post-toc-item post-toc-level-3"><a class="post-toc-link" href="#emsp-2-4-如何解决粘包和拆包"><span class="post-toc-number">2.4.</span> <span class="post-toc-text">&amp;emsp; 2.4 如何解决粘包和拆包</span></a></li></ol></li><li class="post-toc-item post-toc-level-2"><a class="post-toc-link" href="#三、总结"><span class="post-toc-number">3.</span> <span class="post-toc-text">三、总结</span></a><ol class="post-toc-child"><li class="post-toc-item post-toc-level-3"><a class="post-toc-link" href="#四、参考"><span class="post-toc-number">3.1.</span> <span class="post-toc-text">四、参考</span></a></li></ol></li></ol>
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<article id="post-计算机网络——浅析TCP粘包，拆包发生的原因以及解决方式"
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        <h1 class="post-card-title">计算机网络——浅析TCP粘包，拆包发生的原因以及解决方式</h1>
        <div class="post-meta">
            <time class="post-time" title="2020-03-26 01:54:08" datetime="2020-03-25T17:54:08.000Z"  itemprop="datePublished">2020-03-26</time>

            
	<ul class="article-category-list"><li class="article-category-list-item"><a class="article-category-list-link" href="/blog/categories/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/">计算机网络</a></li></ul>



            
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            <h2 id="一、前言"><a href="#一、前言" class="headerlink" title="一、前言"></a>一、前言</h2><p>&emsp;&emsp;这篇博客来分析一下<code>TCP</code>数据传输中发生的粘包、拆包问题，我将描述一下这两种情况的概念，分析它们发生的原因，最后再来谈一谈解决方式。</p>
<br>

<h2 id="二、正文"><a href="#二、正文" class="headerlink" title="二、正文"></a>二、正文</h2><h3 id="emsp-2-1-什么是粘包、拆包"><a href="#emsp-2-1-什么是粘包、拆包" class="headerlink" title="&emsp; 2.1 什么是粘包、拆包"></a>&emsp; 2.1 什么是粘包、拆包</h3><p>&emsp;&emsp;由于<code>TCP</code>传输协议是面向字节流的传输协议，没有消息保护边界，所以发送方发送的多个数据包，接收方应用层不知如何区分，可能会被当成一个包来处理，这就是粘包；或者，发送方将一个打包分成多个小包发送，而接收方将它们当成多个包进行处理，这就是拆包。看下面这张图来具体理解一下：</p>
<figure class="image-bubble">
                <div class="img-lightbox">
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                <div class="image-caption"></div>
            </figure>

<p>&emsp;&emsp;看上面这张图片，演示了<code>TCP</code>传输的四种情况：</p>
<ol>
<li>客户端向服务器发送了两个包，两个数据包之间互不影响，这是正常的，我们不需要管；</li>
<li>客户端向服务器发送了两个包，但是两个包被并在了一起，当作一个包发送，这就是发生了粘包现象，服务器可能会将它们当成一个数据包处理；</li>
<li>客户端向服务器发送了两个包<code>D1</code>和<code>D2</code>，但是<code>D2</code>的一部分与<code>D1</code>合并在了一起，发生了粘包，而<code>D2</code>另一部分被单独发送，也就是说<code>D2</code>被拆分成了两个小包，发生了拆包现象；</li>
<li>第四种情况和第三种类似，只是顺序反了一下，<code>D1</code>发生了拆包，而<code>D1</code>的后半部分与<code>D2</code>发生了粘包；</li>
</ol>
<br>

<h3 id="emsp-2-2-粘包发生的原因"><a href="#emsp-2-2-粘包发生的原因" class="headerlink" title="&emsp; 2.2 粘包发生的原因"></a>&emsp; 2.2 粘包发生的原因</h3><p>&emsp;<strong>（1）套接字缓冲区</strong></p>
<p>&emsp;&emsp;应用层需要发送数据时，假设是基于<code>TCP</code>发送，则会将数据交给<code>TCP</code>套接字。数据被放入套接字发送缓存中，由于各种原因，往往不会立即发送，比如数据来的太快，还来不及发送。这就导致在发送缓存中，可能存在多个不同的数据包的字节并排在一起。当<code>TCP</code>需要发送数据时，会从发送缓存中读取一段字节，封装成<code>TCP</code>报文段发送出去，而读取的这些字节，可能属于多个数据包。</p>
<p>&emsp;&emsp;在接收端，<code>TCP</code>接收到的数据也会被放入套接字的接收缓冲区中，再由应用层进行读取。但是，应用层可能并不会立即读取缓冲区中的数据，或者来不及读取，此时就会造成多个数据包同时在缓冲区中。因为没有划定边界，所以应用层也无法将它们拆分开来，而是一同读取，这就会造成粘包。</p>
<p>&emsp;<strong>（2）Nagle算法</strong></p>
<p>&emsp;&emsp;<code>TCP</code>的发送方每次发送报文段，都希望能包含尽量多的字节，这样可以最大限度的利用网络带宽。假设发送方需要要向接收方发送一个字节的数据，经过运输层和网络层的封装后，将会为这一个字节加上<code>40</code>个字节的首部，这是一种非常浪费的情况，而<code>Nagle</code>算法正是为了减少这种情况。</p>
<p>&emsp;&emsp;<code>Nagle</code>算法是基本原则就是：<strong>在任意时刻，只能有一个未被确认的小段报文</strong>。未被确认就是已经发送，但是还没有接收到<code>ACK</code>的报文段，而小段报文指的是没有达到网络最大传输单元的报文段。使用<code>Nagle</code>算法时，会尽量地将一些小段凑成一个大段进行发送，而这就导致了粘包现象的发生。</p>
<br>

<h3 id="emsp-2-3-拆包现象发生的原因"><a href="#emsp-2-3-拆包现象发生的原因" class="headerlink" title="&emsp; 2.3 拆包现象发生的原因"></a>&emsp; 2.3 拆包现象发生的原因</h3><p>&emsp;<strong>（1）最大报文段长度MSS、最大传输单元MTU</strong></p>
<p>&emsp;&emsp;<code>MSS</code>表示一个<code>TCP</code>报文段能够承载数据的最大字节数，而<code>MTU</code>则是网络传输种能够接受的报文的最大长度。这两个概念说明网络传输中，每个报文能够承载的数据是有限的。<code>TCP</code>为了能将数据发送出去，且每个报文中的数据不超过<code>MSS</code>，会将一个大的数据包分为多个小段，为每个段加上首部后逐一发送，而这就造成了拆包。比如说，对于一张图片，一般都需要拆分成多个段进行发送。</p>
<p>&emsp;<strong>（2）TCP滑动窗口</strong></p>
<p>&emsp;&emsp;<code>TCP</code>采用了流水线的传输机制，而流水线传输中通过维护一个窗口来限制数据的发送，也可以叫做一个区间。只有序号落在窗口中的那些字节，才允许被发送。而窗口是动态变化的，它受到网络拥塞情况以及接收方缓冲区剩余空间的限制。如果当前要发送的数据包的长度，大于窗口中的剩余空间，那这个数据包就会被拆分，先发送一部分，这样也就造成了拆包。</p>
<br>

<h3 id="emsp-2-4-如何解决粘包和拆包"><a href="#emsp-2-4-如何解决粘包和拆包" class="headerlink" title="&emsp; 2.4 如何解决粘包和拆包"></a>&emsp; 2.4 如何解决粘包和拆包</h3><p>&emsp;&emsp;这里需要强调一点，<code>TCP</code>协议可以保证数据完整，并且顺序地接收，但是并不帮助区分多个数据，因为它是面向字节流的传输协议。也就是说，要解决粘包、拆包问题的是应用层协议，应用层协议对字节进行拆分。</p>
<p>&emsp;<strong>（1）定长协议</strong></p>
<p>&emsp;&emsp;定长协议，顾名思义，就是应用层需要发送的每份数据，长度都是固定的。比如说，将数据长度定义为<code>1024</code>字节，所有不满足<code>1024</code>字节的数据，可以通过补<code>0</code>进行填充。而接收方每次读取<code>1024</code>字节，就可以正确区分每一份数据。</p>
<ul>
<li>发送方：每次发送固定长度的数据，若数据长度不够，就使用其他字符填充；</li>
<li>接收方：每次读取固定字节的数据；</li>
</ul>
<p>&emsp;&emsp;不过，稍微想想也知道，这种方式并不好，对数据进行填充，完全就是一种浪费带宽的行为，而且处理起来也麻烦。</p>
<p>&emsp;<strong>（2）特殊字符分隔</strong></p>
<p>&emsp;&emsp;我们可以为每一份数据，添加起始字符和结束字符，这样就可以区分了。</p>
<ul>
<li>发送方：对数据的开始和结束分别加上相应的标记字符；</li>
<li>接收方：根据标记字符，逐个读取每一份数据；</li>
</ul>
<p>&emsp;&emsp;当然，有时候我们并不确定应该选择哪个字符作为标记字符，因为不确定这个字符是否原本就在数据中包含。此时我们可以对数据进行转码，比如说将数据转成<code>Base64</code>编码，而<code>Base64</code>只有<code>64</code>种字符，然后我们就可以使用这<code>64</code>种之外的字符作为标记。</p>
<p>&emsp;<strong>（3）变长协议</strong></p>
<p>&emsp;&emsp;这种实现也是比较简单的，对于应用层的报文，可以将它分为报文头部以及报文体，而我们可以在报文头中指定当前报文中数据的长度，这样，接收方就能根据长度，正确地拆分多个粘在一起的数据了。</p>
<ul>
<li>发送方：将发送的报文分为头部和实体，在头部中指明实体中数据的长度；</li>
<li>接收方：根据报文头部中的信息，正确地区分多个数据；</li>
</ul>
<p>&emsp;&emsp;大部分应用层协议应该使用的都是这种方式，比如说<code>HTTP</code>协议，<code>HTTP</code>报文分为头部（header）以及实体（body），在<code>HTTP</code>协议的首部中，有一个<code>Content-Length</code>首部行，就是指明<code>body</code>中携带数据的字节数。</p>
<br>

<h2 id="三、总结"><a href="#三、总结" class="headerlink" title="三、总结"></a>三、总结</h2><p>&emsp;&emsp;最后在强调一遍，<code>TCP</code>可以保证完整，并且按序地接收字节，但是并不会帮忙拆分多个包的字节，真正做这个工作的是应用层的协议，应用层负责解决粘包和拆包。</p>
<br>

<h3 id="四、参考"><a href="#四、参考" class="headerlink" title="四、参考"></a>四、参考</h3><ul>
<li><a href="https://mp.weixin.qq.com/s/H0mIhQ3dIlWKWkmlGFST9Q" target="_blank" rel="noopener">https://mp.weixin.qq.com/s/H0mIhQ3dIlWKWkmlGFST9Q</a></li>
</ul>

        </div>

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    最后更新时间：<time datetime="2020-03-26T10:13:55.489Z" itemprop="dateUpdated">2020-03-26 18:13:55</time>
</span><br>


        
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	<ul class="article-tag-list" itemprop="keywords"><li class="article-tag-list-item"><a class="article-tag-list-link" href="/blog/tags/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/" rel="tag">计算机网络</a></li></ul>


            
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